JP2007057494A - 交流電流検出用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】円形状に構成された巻き進みコイルと巻き戻しコイルよりなる交流電流検出用コイルにおいて、検出不要な外部磁界の影響を抑えて、測定精度を向上する。
【解決手段】絶縁性基板２の開口３の周囲の表裏両面に形成された複数の放射状ライン７と、この放射状ライン７を接続する接続部８とをスルーホール９により表裏で連続接続してトロイダルコイル４を構成し、このトロイダルコイル４を巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６とに二重形成して直列接続するとともに、隣接する放射状ライン７を避けるように接続部８を引き回し形成し、放射状ライン７及び接続部８を絶縁性基板２の表裏で同一形状に形成する。これにより、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６の絶縁性基板２に厚み方向から視た面積を等しくし、両コイルで検出される外部磁界を相殺して電流測定精度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用分電盤の分岐回路等に流れる電流を測定する電流センサとして機能する、絶縁性基板上に形成された交流電流検出用コイルに関する。

一般に、送変電機器や家庭用分電盤等に通電される交流電流量を被接触で測定するための電流センサとして、貫通型の電流センサが多く用いられている。このような貫通型の電流センサに用いられる交流電流検出用コイルの従来例を図１４、図１５に示す（特許文献１参照）。これらの図において、交流電流検出用コイル１００は、円形の基板開口部１０１を有する両面積層基板１０２（以下、プリント基板と記す）と、この基板開口部１０１の周囲に配置されたコイル本体１０３とを備える空芯コイルである。プリント基板１０２の材質は、ガラス入りエポキシ樹脂である。コイル本体１０３は、基板開口部１０１を中心として放射状にプリントされた導電膜の導体部を備え、この導体部はプリント基板１０２の厚み方向すなわちコイル本体１０３の軸方向に貫通する接続部を介して直列に結合することにより、プリント基板１０２にコイルを形成している。接続部は、プリント基板１０２の貫通孔の内面に形成された導電膜のスルーホールである。プリント基板１０２に巻かれているコイルは、２方向に一定ピッチで巻き回され、時計回り（矢印１０４の向き）の巻き進みコイル１０５と反時計回り（矢印１０６の向き）の巻き戻しコイル１０７とからなり、巻き進みコイル１０５の終端と巻き戻しコイル１０７の始端を接続することにより、両コイル１０５、１０７は、直列接続されている。図１５において、巻き進みコイル１０５は、プリント基板１０２の表面に形成された導体部が太実線で、裏面に形成された導体部を太破線で示し、巻き戻しコイル１０７は、プリント基板１０２の表面に形成されている導体部を二重実線で示し、裏面に形成された導体部を二重破線で示している。プリント基板１０２の表面及び裏面では、両コイル１０５、１０７の各導体部が交互に一定ピッチで配列されている。巻き進みコイル１０５は、表面及び裏面で、長さの異なる導体部が交互に一定ピッチで配列され、巻き戻しコイル１０７も、同様に表面及び裏面で長さの異なる導体部が交互に一定ピッチで配列されている。また、巻き進みコイル１０５では、各導体部が基板開口部１０１から離れた側で各導体部のピッチ間が接続部（スルーホール）により接続され、巻き戻しコイル１０７では、各導体部が基板開口部１０１の近い側で各導体部のピッチ間が接続部により接続されている。

このような交流電流検出用コイル１００を用いた電流測定では、基板開口部１０１に電流が流れる被測定導体が通され、この電流による磁束が両コイル１０５、１０７のプリント基板１０２の矢印１０４又は矢印１０６の方向から視たときの導体部によって囲まれる断面領域を通ることにより発生する誘導電流を検出する。一方、コイル本体１０３の軸方向に視たとき、両コイル１０５、１０７の導体部によって囲まれる領域の正面面積内には、通常、外部磁界の磁束が通っている。この外部磁界は、本来の電流測定にとって不要なものである。しかしながら、円形で形成される両コイル１０５、１０７は、それら自体が等価的に一つの大きなコイルと見なされるので、それらの正面面積内に、不要な外部磁界が通過すると、この外部磁界による電流も同時に検出される。この外部磁界による検出電流は測定誤差となるため、できるだけ影響が小さいことが望ましい。そして、この測定誤差を抑制するには、外部磁界に対して巻き方向が互いに逆方向である両コイル１０５、１０７の各正面面積を同等にして、不要検出電流を相殺する必要がある。

しかしながら、上記従来の電流センサは、両コイル１０５、１０７を軸方向に視たとき、巻き進みコイル１０５の正面面積は、巻き戻しコイル１０７の正面面積よりも大きく、それぞれの正面面積が異なっている。従って、両コイル１０５、１０７で外部磁界による誘導電流の検出量が異なり、完全に相殺されないので、測定誤差を抑制することが困難となっていた。

また、上記電流測定では、測定感度を上げるには、両コイル１０５、１０７の測定に寄与する誘導電圧を多くする必要があり、両コイル１０５、１０７において、導体部によって囲まれる断面領域の各断面面積を同等にし、均一に誘導電圧を発生させることが望ましい。しかしながら、両コイル１０５、１０７の断面面積は巻き回ピッチ毎に異なっており、従って、測定感度が劣化するという問題があった。

なお、交流電流検出用コイルとして、絶縁性基板に基板開口の周囲にコイル本体を配置し、導電膜でコイル状に形成された巻き進みコイルと巻き戻しコイルを有し、これらを直列に接続した空芯コイルが知られている（特許文献２参照）。しかしながら、この空芯コイルでは、コイルの軸方向から視たとき、巻き進みコイルは、鋸歯状の模様を形成し、巻き戻しコイルは三角状の形状をしており、両コイルで形状が異なっている。このため、両コイルが囲む面積が同じでないため、両コイルで通過する外部磁界の磁束量に差が出ることになり、前記同様に外部磁界の影響を十分排除することができないという問題があった。
特開平０６−１７６９４７号公報 特開２００４−８７６１９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、放射状ライン及び接続部を絶縁性基板の表裏で同一形状に形成することにより、巻き進みコイルと巻き戻しコイルの絶縁性基板上の正面面積を等しくし、検出不要な外部磁界を巻き進みコイルと巻き戻しコイル間で相殺してその影響を抑え、測定誤差の少ない、測定感度の良い交流電流検出用コイルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、絶縁性基板に開口を形成するとともに、前記開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、この放射状ラインの少なくとも一端側であって周方向に延設され前記放射状ライン間を電気的に接続する接続部と、この接続部又は前記放射状ラインの端部と反対側の面にある放射状ラインの端部とを接続するスルーホールとを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを巻き進み方向と巻き戻し方向とに二重形成して連続接続している交流電流検出用コイルにおいて、前記接続部を、隣接する放射状ラインを避けるように引き回し形成し、前記放射状ライン及び接続部を前記絶縁性基板の表裏で同一形状に形成したものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記巻き進み及び巻き戻しの両コイルの一巻きのピッチを等しく形成したものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記スルーホールを前記開口の略中心を中心とする円周上に等間隔に配設したものである。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記接続部を、前記放射状ラインの外周側に設けたものである。

請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイルにおいて、前記絶縁性基板の表裏の放射状ラインを該表裏で重なる位置に配設したものである。

請求項１の発明によれば、巻き進みコイルと巻き戻しコイルの絶縁性基板の厚み方向から視た正面面積が等しくなり、外部磁界による誘導起電流を相殺して、測定誤差を抑制することができ、従って、交流電流測定の測定精度が向上する。

請求項２の発明によれば、トロイダルコイル内を磁束がスムーズに流れるので、測定磁束の乱れが殆ど無く、均一に誘導電流を発生させることができ、測定感度を向上することができる。また、同じ測定磁束をトロイダルコイルに通過させることができるため、異なる磁束による電流検出がなくなり、発生する誘導起電流の測定精度を向上することができる。

請求項３の発明によれば、放射状ラインをより多く配置できるので、コイルの配線密度を向上させることができ、測定感度を高めることができる。

請求項４の発明によれば、接続部をより多く配置できることにより、放射状ラインを増加することができるので、コイルの配線密度を向上することができ、測定感度を高めることができる。

請求項５の発明によれば、絶縁性基板の鉛直方向から見た巻き進みコイル、巻き戻しコイルの正面面積は、ともに絶縁性基板の開口と同じ共通の領域となり、両コイルとも同じ正面面積を持つため、外部磁界の影響を精度良く相殺することができる。これにより、交流電流測定の測定精度をさらに向上することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図１乃至図３を参照して説明する。図１、図２において、本実施形態の交流電流検出用コイル１（以下、検出用コイルと記す）は、コイルの空心となる円盤状の絶縁性基板２と、絶縁性基板２の中心に形成された略円形の開口３と、絶縁性基板２の外周と開口３の間に形成されたトロイダルコイル４を備える。トロイダルコイル４は、巻き進み方向の巻き進みコイル５と巻き戻し方向の巻き戻しコイル６とを有し、それらが同じ絶縁性基板２上に二重形成され、直列に連続接続されている。これらのコイル５、コイル６は、絶縁性基板２の表裏両面に開口３から放射状に形成された複数の放射状ライン７と、この複数の放射状ライン７間を接続する外周上に等ピッチ間隔で設けられ接続部８と、表裏の放射状ライン７と接続部８とを電気的に連続接続するスルーホール９により形成される。これらの放射状ライン７及び接続部８は、図１、図２において、絶縁性基板２の表面側において実線で示され、裏面側において破線で示されている。スルーホール９は、開口３の略中心を中心とする開口３に近い側及び遠い側の円周上にそれぞれスルーホール９ａ及びスルーホール９ｂを等間隔に同数配設されている。

放射状ライン７は、開口３の中心軸１０を略中心として放射状に一定ピッチで絶縁性基板２上に配列されている。放射状ライン７及び接続部８を構成する導体部は、絶縁性基板２に銅箔で形成され、この銅箔は、例えばガラス入りエポキシ樹脂から成る両面プリント基板をエッチング加工することにより形成することができる。接続部８は、放射状ライン７の外周側の端部（ここでは、スルーホール９ａとなる）から円周方向に延設され、複数の放射状ライン７間を電気的に接続する。そして、スルーホール９を介して、絶縁性基板２の表裏両面に形成された複数の放射状ライン７の端部及び接続部８と、反対側の面にある放射状ライン７の端部及び接続部８とが電気的に直列に接続されることにより、絶縁性基板２を導体部で巻回するコイルが形成される。

巻き進みコイル５は、表側の放射状ライン７及び接続部８と、裏面側の放射状ライン７をスルーホール９で電気的に接続することにより一巻きのコイルを形成する。同様に、巻き戻しコイル６は、表側の放射状ライン７と、裏側の放射状ライン７及び接続部８とをスルーホール９で電気的に接続することにより一巻きのコイルを形成する。そして、この巻き進み及び巻き戻しの両コイル５、６の一巻きのコイルのピッチは、等しく形成されている。また、接続部８は、隣接する放射状ライン７を避けるように引き回して形成され、両コイル５、６の接続部８と放射状ライン７によるコイルパターンは、絶縁性基板２の表裏で同一形状として形成されている。以上の構成により、トロイダルコイル４のコイルを形成する導体部（導体膜）は、絶縁性基板２の開口３の中心軸１０に関してほぼ対称に、かつ均一に形成される。

図２を参照して、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６との接続の詳細を説明する。巻き進みコイル５は、コイル引出端子１１ａから繋がる最初の放射状ライン７１からスタートし、内周側のスルーホール９ｂ、裏側の放射状ライン７２、外周側のスルーホール９ａ、表側の接続部８を経て、次の放射状ライン７３に接続され、以下同様にして、反時計方向に約一周して巻き進み、最後の放射状ライン７４を経て内周側のスルーホール９ｂを介し裏側の放射状ライン７５で終了する。その後、同ライン７５に連続する繋ぎの折返し用ライン７６（接続ポイント）を経て、巻き戻しコイル６が始まる。巻き戻しライン６は、折り返し用ライン７６が接続された外周側のスルーホール９ａを介して、最初の放射状ライン７７からスターとし、スルーホール９ｂを経て、裏面の放射状ライン７８に接続される。以下、同様にして時計方向に約一周して巻き進み、最後の放射状ライン７９で終了し、終端となるスルーホール９ａを経てコイル引出端子１１ｂに接続される。

このように、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６は、各コイルの一巻きのピッチが等しく形成されるとともに、誘導起電力が電気的に同じ向きになるように巻き進み方向と巻き戻し方向に巻回されている。これにより、両コイル５、６のコイル断面を通過する磁束に対しては、同一方向の誘導電流を検出し、絶縁性基板２の垂直方向からの外部磁界に対しては、互いに逆方向の誘導電流を検出する。すなわち、検出用コイル１では、トロイダルコイル４全体において、被測定導体からの磁界に対する検出電流は、両コイル５、６に発生する各誘導電流の和となり、全コイルの巻き数に比例した誘導電流が得られ、外部磁界に対しては、両コイル５、６で検出される誘導電流の差が測定される。両コイル５、６からの検出電流は、コイル引出端子１１ａ、１１ｂから出力される。

次に、図３を参照して、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６により外部磁界の影響が削減されることについて説明する。絶縁性基板２の厚さ方向すなわち軸方向に視たときの巻き進みコイル５と巻き戻りコイル６の各１コイルパターンにより囲まれた領域を、領域Ｓ１及び領域Ｓ２で示す。領域Ｓ１は、表側の放射状ライン７ａと裏側の放射状ライン７ｂと表側の接続部８ａによって囲まれれた斜線を施した領域である。領域Ｓ２は、巻き戻しコイル６の裏面の放射状ライン７ｃと、表面の放射状ライン７ｄと、裏面の接続部８ｂとによって囲まれたクロス斜線を施した領域である。また、実線と破線を交互に施した部分は、各コイル共通の領域Ｓ３である。本実施形態の検出用コイル１では、放射状ライン７及び接続部８は、絶縁性基板２の表裏で同一形状に形成されているので、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６のパターンの１コイル当りの面積はほぼ等しくなっている。

従って、巻き進みコイル５及び巻き戻しコイル６の巻き回数をそれぞれ例えば３０ターンとすると、
領域Ｓ１の面積×３０ターン＝領域Ｓ２の面積×３０ターン
となる。このため、外部電磁界による巻き進みコイル５及び巻き戻しコイル６にそれぞれ発生する誘導起電力は等しく、かつ各誘導起電力は電気的に互いに逆向きであるため、検出用コイル１の外部磁界による誘導起電力は相殺される。これにより、電流測定精度が向上するとともに、感度が向上する。

また、本実施形態の交流電流検出用コイル１においては、トロイダルコイル４の導体部を、開口３の中心軸１０の周りにほぼ対称に、かつ均一に形成することができ、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６の円周方向の断面を同形状で面積を等しくできるので、連続するコイル内を磁束がスムーズに流れる。これにより、均一に誘導電流を発生させることができ、測定感度が向上する。また、開口３を有する一枚の両面プリント基板にエッチングパターンとスルーホールを形成することにより、小型で簡単に製作することができ、製造コストも低減する。そして、１ｍｍ以下のプリント基板のコイル形状で数十ｍＡ以上の電流計測ができることになり、小型化、高性能化が可能となる。

次に、上記第１の実施形態の検出用コイル１の変形例を図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本変形例の検出用コイル１は、接続部８が絶縁性基板２の開口３に近い内周側に配置されていること、及び巻き進みコイル５から巻き戻しコイル６への接続ポイント７６が同じく内周側に配置されていることが前述とは相異し、その他の構成は同等である。同等部材には、同番号を付している（以下、同様）。このような構成により、前記同様の効果に加え、接続部８を開口３に近い側に設けるので、絶縁性基板２の外形を小さくでき、コイル全体を小型化できる。

次に、上記第１の実施形態の検出用コイルの他の変形例を図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。上記実施形態では、コイルの表裏を接続するスルーホールを同一円周上に順に配置したものを示したが、ここに示す変形例では、スルーホールを半径の異なる２つの同心円の円周上に規則的に配置している。

図５（ａ）に示すように、同一円周上にスルーホール９ｍ及び９ｎを並べる配置では、円周の長さ内に配置されるスルーホールのランド数は、スルーホールのランド径の大きさで決まるので、自ずと配置できるランド数は限界がある。このため、コイルの巻き数も制限されることになる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、本変形例の検出用コイル１では、絶縁性基板２の円周１ａ上にスルーホール９ｍを均等に並べるとともに、円周１ａと同心円状の円周１ｂ上にスルーホール９ｎを均等に並べ、かつ、それらスルーホール９ｍ及び９ｎは、互いに重ならないように接近させてジグザク状に配置されている。これにより、スルーホールのランド数を増やすことができ、コイルの巻き数を増加することができるので、電流感度を上げることができる。なお、円周１ａと円周１ｂを互いに近傍に設けることが望ましい。

さらに他の変形例を図６に示す。本変形例は、コイルの表裏を接続するスルーホールを、半径の異なる３つの同心円の円周上に規則的に配置している。すなわち、絶縁性基板２の開口３と同心円の外周の円周１ａ上にスルーホール９ｍが並べられ、円周１ａより円周の小さい円周１ｂ上及び円周１ａより円周の大きい円周１ｃ上にスルーホール９ｎが均等に並べられている。これらスルーホール９ｍ及び９ｎは、互いに重ならないように接近させて、交互にジグザク状に配置されている。このように、スルーホール９ｍ及び９ｎを３重の円周上に配置したことにより、スルーホールのランド数をさらに増やすことができるので、コイルの巻き数もさらに増加することができ、電流感度をより向上することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の検出用コイル１は、絶縁性基板２の表裏の放射状ライン７を表裏で重なる位置に配設した点で前記実施形態と異なる。

検出用コイル１のトロイダルコイル４の各コイルは、放射状ライン７と開口３に近い内周側に配設された接続部８をスルーホール９で電気的に接続されることにより形成される。絶縁性基板２に形成された表裏の放射状ライン７は、絶縁性基板２の厚み方向から視て互いに重なる位置に対称に形成されている。接続部８は、放射状ライン７の内周側の端部（ここでは、スルーホール９ｂ）から円周方向に延設されるとともに、内周上に等ピッチ間隔で設けられ、複数の放射状ライン７間を電気的に接続する。そして、トロイダルコイル４の導体部は、絶縁性基板２の開口３の中心軸１０の回りでほぼ対称に、かつ均一に形成される。これらの放射状ライン７（７１〜７９）及び接続部８は、絶縁性基板２の表面側では実線で示され、裏面側では破線で示されているが、表面側の放射状ライン７と重なる裏面側の放射状ライン７は表れていない。

このような構成により、巻き進みコイル５及び巻き戻しコイル６のを軸方向から視たとき、各コイル５、６の各表裏の重なる放射状ライン７で囲む面積は、殆どゼロになる。従って、両コイル５、６のパターンの軸方向から視た面積は同一、かつ最小にすることができる。これにより、外部磁界による誘導起電流を最小にして相殺することができる。従って、外部磁界の影響を極めて小さくでき、電流測定の精度をより向上することができる。

次に、上記第２の実施形態の検出用コイル１の変形例について、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本変形例は、接続部８が絶縁性基板２の開口３から離れた外周側に配置されていること、及び巻き進みコイル５から巻き戻しコイル６への接続ポイント７６が同じく外周側に配置されていることが前述とは相異し、その他の構成は同等である。

トロイダルコイル４の各コイルは、放射状ライン７と開口３から離れた外周側に配設された接続部８をスルーホール９で電気的に接続されることにより形成される。そして、トロイダルコイル４の導体部は、絶縁性基板２の開口３の中心軸１０の回りにほぼ対称に、かつ均一に形成される。

このように、接続部８を配置面積の広い絶縁性基板２の外周側に設けたことにより、接続部をより多く配置でき、放射状ライン７を増加することができるので、コイルの配線密度を向上することができ、測定感度を高めることができる。

次に、上記第２の実施形態の検出用コイル１の他の変形例について、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本変形例は、コイルパターンを施していない空きスペースにおいて、電気的に同電位となるパターンを施し、このパターンをコイル出力信号の基準電位側に接続している。

検出用コイル１は、絶縁性基板２に放射状ライン７と接続部８によるコイルパターンの存在しない空きスペースにおいて、コイルパターンとの電気的絶縁性を保ちながら、電気的に同電位となる金属パターン１２を施した以外は、前記第２の実施形態の構成と同等である。従って、本変形例の検出用コイル１の詳細な説明は省略する。金属パターン１２は、絶縁性基板２の両面又は片面において、コイルパターンを施していない空きスペースにできるだけ広く電気的に同電位となるように設けられている。そして、この金属パターン１２は、コイル出力信号の基準電位（例えば、接地電位）側に接続される。

このように、絶縁性基板２のパターンの空きスペースに基準電位の金属パターン１２を設けることにより、被測定電流が通電される電線とコイル間の静電ノイズによる影響を軽減することができる。これにより、従来、静電ノイズ対策として、コイル部分を金属シールドで覆うか、コイル積層基板にシールド箔を覆う等のシールド処理が不要となり、シールド箔を別部品として構成する必要が無くなり、コスト低減が可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る交流電流検出用コイルについて、図１０を参照して説明する。本実施形態の検出用コイル１は、絶縁性基板２の放射状ライン７及び放射状ライン７間を接続する接続部８Ａを直線ラインで形成した点で前記第１の実施形態と異なる。

検出用コイル１は、トロイダルコイル４は、放射状ライン７と開口３に遠い外周側に配設された接続部８Ａをスルーホール９で電気的に接続されることにより、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６を形成する。ここで、接続部８Ａは、隣接する放射状ライン７（７１〜７９）を避けるように矩形の直線ラインで引き回し形成され、接続部８Ａと放射状ライン７によるコイルパターンは、絶縁性基板２の開口３の中心軸１０の回りにほぼ対称に、かつ均一に構成されている。

このように、接続部８Ａを直線ラインで形成することにより、接続部８Ａ及び放射状ライン７によるコイルパターンは、スルーホール用のランドパターンを除いて全て直線ラインで形成される。従って、コイルパターンは、絶縁性基板２の表裏において正確に精度良く同一形状に構成される。これにより、巻き進みコイル５と巻き戻しコイル６の軸方向から視たた面積をより等しくでき、外部磁界の影響の相殺の確実度が高まり、より精度の高い電流検出を行うことができる。また、直線ライン構成でコイルパターン設計も容易に精度良く行うことができる。

次に、本発明の交流電流検出用コイルの信号出力と信号処理部の実施形態について図１１乃至図１３を参照して説明する。図１１に示されるように、検出用コイル１のコイル引出端子１１ａ、１１ｂは、信号出力線パターン部２０を介して、信号処理部３０に接続される。信号処理部３０は、検出用コイル１のコイル引出端子１１ａ、１１ｂから出力される微分波形を持つ誘起電圧を電流波形に直すための積分回路３１と、この積分回路３１の出力を増幅する増幅回路３２とを備え、この積分回路３１の出力電流３３により電流計測が行われる。検出用コイル１から信号処理部３０の入力端に至る間の接続線は、一般に外部磁界の影響を受け、コイル電流検出に測定誤差をもたらす虞がある。そこで、この接続線として、図１２に示されるような信号出力線パターン部２０を用いる。信号出力線パターン部２０は、両面プリント基板２０ａの表裏両面で交互に交差するように形成された配線パターンを有し、出力配線にねじれ構造を持たせるものである。

この配線パターンは、信号線２１とＧＮＤ線２２とから成る。これらの信号線２１、ＧＮＤ線２２は、プリント基板２０ａの表裏で互いに複数回、クロスする形で、それぞれスルーホール２３を介して連続的に接続されている。こうして、信号線２１、ＧＮＤ線２２は、スルーホール２３を用いて表面と裏面で交互に交差するようにパターニングされ、ねじれ構造に形成されている。なお、プリント基板２０ａの表面側と裏面側における信号線２１は、それぞれ実線と破線で示され、ＧＮＤ線２２は、太実線と太破線で示されている。また、信号入力端子２１ａ及び接地用入力端子２２ａは、コイル引出端子１１ａ、１１ｂに接続され、信号出力端子２１ｂ、接地用出力端子２２ｂは、次段の信号処理部３０に接続される。

このように、信号線２１とＧＮＤ線２２の出力線２本がねじれ（交差）構造に形成されているので、外部磁気を受けても両線間で外部磁気の影響を相殺することができる。従って、コイル引出端子１１ａ、１１ｂから信号処理部３０までの接続線における外部磁界による影響を軽減でき、電流測定誤差を低減することができる。さらに、ねじれの回数を多くすれば外部磁界の影響をより軽減できる。また、信号出力線パターン部２０を備えた検出用コイル１と信号処理部３０を同一プリント基板上に一体化するようにすれば、小型でコンパクトな電流センサを実現することができる。

次に、信号出力線パターン部２０の他の例を図１３に示す。信号出力線パターン部２０は、プリント基板２０ａの厚み方向から視たとき、表裏両面において信号用出力線２１と接地用出力線２２とが重なるように形成されている。

すなわち、信号線２１とＧＮＤ線２２は、表面側の信号線２１の裏面側にＧＮＤ線２２が配置され、表面側のＧＮＤ線２２の裏面側に信号線２１が配置され、それらが互いに両面で重なるようにパターン配線されている。この表裏のパターン配線は、スルーホールにより接続される。プリント基板２０ａの表面側と裏面側における信号線２１は、実線と破線で示され、同様に、ＧＮＤ線２２は、太実線と太破線で示されている。

このような構成の信号出力線パターン部２０を用いることにより、任意の方向からくる磁界に対して、表面側にパターニングされた信号線２１とＧＮＤ線２２間で発生する誘導起電力と、裏面側の信号線２１とＧＮＤ線２２間で発生する誘導起電力は、お互いに相殺されるため、磁気的な影響を抑えることが可能である。これにより、コイル引出端子１１ａ、１１ｂから信号処理部３０までの接続線における外部磁界による影響を軽減できる。また、スルーホールの数を少なくできるので、スルーホールの数を最小限にして外部磁界の影響を除くことができる。

上述した各種実施形態に係る検出用コイル１によれば、両面プリント基板を用いて、外部磁界の影響の少ない、検出感度の高い電流検出コイルが得られ、これにより、小型、高性能で、かつ量産し易く低コストの電流センサを実現することができる。なお、上述した各種実施形態では、プリント基板を用いてコイルを形成したが、プリント基板でなくてもコイルを形成するものであれば何でもよい。

本発明の第１の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図。 図１のＡ部の拡大図。 上記検出用コイルの巻き進みコイルと巻き戻しコイルの形成する面積を示す図。 （ａ）は上記実施形態の変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図。 （ａ）は比較のための上記実施形態の模式図、（ｂ）は上記実施形態の他の変形例の模式図。 上記実施形態の他の変形例の模式図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大図。 （ａ）は上記実施形態の変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部の拡大図。 （ａ）は上記実施形態の他の変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ部の拡大図。 本発明の第３の実施形態に係る交流電流検出用コイルの平面図。 本発明の交流電流検出用コイルによる電流検出のための構成図。 上記交流電流検出用コイルの信号出力線パターン部の構成図。 上記信号出力線パターン部の変形例の構成図。 従来の交流電流検出用コイルの正面図。 上記検出用コイルの部分拡大図。

符号の説明

１ 交流電流検出用コイル
２ 絶縁性基板
３ 開口
４ トロイダルコイル
５ 巻き進みコイル
６ 巻き戻しコイル
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 放射状ライン
８、８ａ、８ｂ、８Ａ 接続部
９、９ａ、９ｂ、９ｍ、９ｎ スルーホール
７１〜７９ 放射状ライン

Claims (5)

1. 絶縁性基板に開口を形成するとともに、前記開口の周囲の表裏両面に放射状に形成された複数の放射状ラインと、この放射状ラインの少なくとも一端側であって周方向に延設され前記放射状ライン間を電気的に接続する接続部と、この接続部又は前記放射状ラインの端部と反対側の面にある放射状ラインの端部とを接続するスルーホールとを有するトロイダルコイルを備え、このトロイダルコイルを巻き進み方向と巻き戻し方向とに二重形成して連続接続している交流電流検出用コイルにおいて、
   前記接続部を、隣接する放射状ラインを避けるように引き回し形成し、前記放射状ライン及び接続部を前記絶縁性基板の表裏で同一形状に形成したことを特徴とする交流電流検出用コイル。
2. 前記巻き進み及び巻き戻しの両コイルの一巻きのピッチを等しく形成したことを特徴とする請求項１に記載の交流電流検出用コイル。
3. 前記スルーホールを前記開口の略中心を中心とする円周上に等間隔に配設したこと特徴とする請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイル。
4. 前記接続部を、前記放射状ラインの外周側に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイル。
5. 前記絶縁性基板の表裏の放射状ラインを該表裏で重なる位置に配設したことを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載の交流電流検出用コイル。

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